[其他]能量转换设备

说明书

本发明涉及一种利用带电粒子作为能量载体和在两个或多个电极间产生电位差的方法及设备。

通常电能的产生是通过燃烧矿物燃料并将所释放的能量转换成驱动发电机的旋转运动。这种方法仅在大规模生产条件下才比较经济，缺点是能量转换效率不高，要利用自然资源，并且产生可能导致环境严重污染的废料，另一缺点是不能把电能直接输送到机动车辆或船只上。

本发明的能量转换方法对健康和环境无害，并且直接通过单级过程便可产生电能而无废料，能量转换总效率和能量对重量之比都高，因此非常适用于大多数固定的和可移动的场合。

利用电子与磁场的作用而做有用功的一种著名装置称为“电子迴旋（感应）加速器”，它包括一个位于形状特殊的电磁铁磁极之间的圆环形真空室。通过热电离产生的电子携带大约50千电子伏特的初始静电能量被注入该真空室。当磁场在其正半周期建立时便在环形空间产生电动势，使电子加速并在磁场的互相作用下使电子沿拱形轨道运动。电子迴旋加速器与本发明的能量转换设备的主要区别在于前者的磁场必须在极短的时间内增大上去以使电子获得足够的加速度，而后者的磁场基本上是不变的，并且电子向内降落，放出本身的动能并将电荷赋予中心电极。

本发明旨在提出一种可移动的能量转换设备。它含有一个永久磁铁或者还附带一个磁辐射的激励源，其作用是将注入“真空”室（发电机的一部分）或在该室内产生的带电粒子所获得的初始电子能量加以放大，这部分增大的能量可从粒子落附的靶电极上获取。

相应地，本发明提出一种如所附的权利要求中所要求的能量转换设备。

虽然本发明不受任何特定的操作原理的限制，但它基于这样的事实：在带电粒子被迫在强度为H的磁场中移动径向距离d（不论其实际轨迹如何）时，对粒子做的功等于H·d。对于一个携带电荷e和以速度V移动距离d的电子而言，作用于其上的总力等于向心力ΣH·e·V减去从相反方向施于电子的离心力ΣmV²γ^-1。使中心电极的半径适当大于平衡轨道，可将离心力减到最小，而将向心力提到最大，从而为使电荷移动到电极所做的功达到最大。

本发明的能量转换设备（以下简称换能设备）所应用的方法系以带电粒子，如电子和/或离子作为电荷源。在一个低压容器内装设两个或多个电极。磁场按下面的说明横向穿过此容器：该磁场来源于永久磁铁、电磁铁或磁辐射源的磁场。外部能源被用来为带电粒子提供初始能量，例如应用加热、电场加速或核辐射等。能量转换方法是利用磁场使带电粒子沿所需的轨道运动，直至与中心电极（阴极）碰撞为止。作用于粒子的功（为此阴极所达到的电位）正比于合成的磁场力及在该力作用下粒子行程的乘积。当粒子在容器内运动要横着穿过磁场，这就在粒子上产生力，该力正比于磁场强度、粒子的速度和粒子的电荷以及粒子轨迹与磁力线间入射角的正弦。此力含有圆周分量和向心分量，致使粒子沿螺旋形轨迹运动。

一个方向相反的离心力也作用于粒子上，其方向与向心磁力相反电极的电位与为克服离心力和阴极周围由于电荷累积和电极间电位差的增大所形成的电场而对带电粒子所需做的功成正比。当离心力与推斥力之和等于向心力时电极电位达最大值，此后不再有带电粒子到达电极。电极的半径决定中心电极和外电极间电压的最小值：当中心电极的半径减小时（由于溅射或腐蚀），离心力将增大，在磁场强度和粒子速度一定的情况下，这将使能够到达中心电极的带电粒子数减少，从而导致电极电位减小。对于一定的粒子动能，离子与较轻带电粒子（如电子）间质量的差异将导致离心力的不同。在磁场强度一定的情况下，当发电机应用最强的磁场使离心力最小并使在此力作用下的粒子径向行程最大时，发电机的输出和效率达到最佳。应该应用电荷与质量之比最高的的粒子。

当通过在容器内部粒子碰撞和激励进行电离时，可利用低压气体作为电荷源。注入的气体可使气体的原子/分子的电离能减至最小，从而提高效率。然而对于较重的离子而言，由于它们的速度较低，合成的磁力较小，致使高压电极（阴极）所产生的电场可能吸收相反极性的带电粒子（正离子），结果使电极电荷减少，输出电压降低。有不少方法可以克服或减轻这种效应。例如，一种方法是把相反极性的电荷分离开和/或应用电压偏置栅极来控制相反电荷向高压电极的流动。

一般，气体型设备比单纯的电荷型设备复杂，可在较低电压下发出较大的电流。而单纯电荷型设备（例如用于高真空室的电子）可以产生比较高的电压。

磁场可由一个或数个永久磁铁和/或一个或数个电磁铁产生。对于质量和速度相同的粒子，固定的磁场产生不变的输出电压，变化的磁场则产生变化的电压。